Chemistry of gold nanoparticles radiosensitizing effect

Chimie de l'effet radiosensibilisant des nanoparticules d'or Les nanoparticules d'or (AuNPs) constituent une classe prometteuse de radiosensibilisateurs, des agents qui augmentent l'efficacité de la radiothérapie. En 2004, il a été démontré que les AuNPs accélèrent la réduction de la taille des tumeurs chez les souris après un traitement par radiation. L'utilisation de l'or a été motivée par l'effet dit d'augmentation de la dose. L'or ayant un numéro atomique élevé (Z=79), il absorbe plus d'énergie dans la gamme des keV que l'eau ou les tissus mous, ce qui augmente l'ionisation globale du volume irradié en raison de l'émission d'électrons secondaires et de photons. Plus tard, des expériences in vivo et in vitro ont montré que l'effet d'augmentation de la dose ne pouvait pas expliquer la radiosensibilisation observée. Aujourd'hui, le mécanisme proposé pour la radiosensibilisation induite par les nanoparticules comprend différents effets physiques, chimiques et biologiques. Cependant, il n'y a pas de consensus sur le mécanisme exact. Les effets chimiques sont généralement associés à une formation accrue d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), telles que les radicaux hydroxyles (•OH), les radicaux superoxydes (O₂•⁻)et le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂), en présence de nanoparticules. La principale méthode de détection des ROS dans les études biologiques est l'utilisation de colorants fluorescents. Elle est basée sur l'oxydation d'une molécule non fluorescente en une molécule fluorescente lors de la réaction avec les ROS, en supposant que l'augmentation de l'intensité de la fluorescence est proportionnelle à l'augmentation de la concentration des ROS. Cependant, le processus d'oxydation d'un colorant est un processus à plusieurs étapes qui comprend la formation d'une variété de produits (pas seulement le produit fluorescent). Les AuNPs possèdent une activité catalytique, qui peut modifier les voies de réaction. Dans le présent travail, nous avons examiné l'idée d'une production accrue de ROS en présence d'AuNPs avec et sans l'utilisation de rayonnements ionisants. Tout d'abord, nous avons étudié l'effet des AuNPs sur la radiolyse de l'eau en mesurant directement l'évolution des rendements en électrons solvatés dans le temps en utilisant la technique de radiolyse par impulsions picosecondes. Il n'y a pas eu d'augmentation de la production de radicaux primaires de l'eau en présence de AuNPs de différentes tailles et à une concentration allant jusqu'à 3 mM d'or (600 µM/m ou 0,06 % en poids) sous un faisceau d'électrons de 8 MeV. Ensuite, nous avons étudié l'effet des AuNPs sur la chimie des radicaux organiques par des expériences en régime permanent utilisant la radiolyse gamma. Pour deux types de radicaux produits dans des réactions avec des radicaux •OH : le radical α-hydroxyisopropyle formé par l'abstraction de l'atome •H du carbone α du 2-propanol, et les produits formes à partir de l'adduit OH sur de le cycle benzénique de l’acetanilide, nous avons constaté que les AuNPs catalysaient l'oxydation des radicaux organiques transitoires. Ces résultats démontrent que la détection des ROS par des colorants fluorescents ne peut pas être utilisée en présence de nanoparticules catalytiquement actives comme l'or car, dans cette méthode, les radicaux organiques transitoires sont toujours formés comme intermédiaires et les produits des réactions peuvent être modifiés. En outre, les résultats préliminaires sur l'oxydation de la vitamine C par l'oxygène moléculaire catalysée par les AuNPs sans rayonnement ionisant sont présentés, démontrant la capacité des AuNPs à catalyser les réactions RedOx, ce qui doit être pris en compte lorsque l'on travaille avec des cellules vivantes. Tous nos résultats indiquent que la propriété cruciale des nanoparticules causant l'effet radiosensibilisant est leur activité catalytique. Dans cette optique, nous proposons un nouveau mécanisme de radiosensibilisation induit par les AuNPs basé sur nos résultats et prenant en compte les données de la littérature.